利用分子标记辅助育种技术培育具有多抗基因、高配合力和优质米色的新型杂交水稻恢复系"辐恢631"

《Molecular Breeding》：‘Fuhui 631’, a novel hybrid rice restorer line with multiple resistance genes, high combining ability, and superior grain quality developed with marker?assisted breeding

　　

"辐恢631"是利用分子标记辅助聚合多个抗性基因培育的新型籼稻恢复系，于2022年由福建省农业科学院水稻研究所审定。该品系兼具高产潜力、强配合力、抗倒伏性、耐热性和优质米质，在现有恢复系基础上实现了显著提升。鉴于水稻生产中正日益严峻极端天气与病害威胁，亟需集多种抗逆性、高配合力与优质米质于一体的恢复系。通过与广泛种植的对照品种"晶两优534"进行统计比较，证实"辐恢631"对稻瘟病（中抗，MR）和白叶枯病（p<0.01）的抗性显著增强，耐热性（依据NY/T 2915?2016标准达5级，中等）显著提高（p<0.05），米质性状显著改善，包括垩白度降低（1.6%）和整精米率提高（61.3%）（p<0.05）。这些改进为逆境环境下的杂交水稻育种提供了明确的应用价值，支持其作为新品种登记注册。"辐恢631"源自籼稻品种"黄华占"（耐热、广适）与种质"8L124"（籼粳中间型）的杂交，随后与"RC24"（抗倒伏和抗病）进行回交。从F?至F?世代采用系谱法结合分子标记辅助选择。F?世代应用分子标记辅助选择针对稻瘟病抗性基因Pita、白叶枯病抗性基因Xa21和稻瘟病抗性基因Pi2进行筛选；选拔株高110–120 cm、穗长≥25 cm的植株。F?至F?世代，选拔具有目测抗病性（稻瘟病和白叶枯病保留R/MR级别）且在热胁迫下结实率>85%的株系。F?世代由武汉双绿源生物科技有限公司进行芯片基因分型，检测到众多有益基因，包括稻瘟病抗性基因Pi?d²/Pid²、Pita、Pi2、Pi5和LHCB5；白叶枯病抗性基因Xa26/Xa3和Xa21；褐飞虱抗性基因Bph3；耐旱基因OsLG3和氮素利用效率基因NRT1.1B。F?至F?世代进行测交鉴定，选择比对照"晶两优534"增产≥5%的株系。在福建省多个地点开展多环境筛选，包括福州（早季）、漳州（早季）和南平（中季）的耐热性鉴定，以及龙岩、南平和沙县的全生育期稻瘟病和白叶枯病抗性鉴定。育种过程在福建和海南进行世代推进，最终稳定品系为18W33，后与雄性不育系"禾9S"测交后定名为"辐恢631"。

本研究报道的新型籼稻恢复系"辐恢631"由福建省农业科学院水稻研究所通过分子标记辅助聚合育种技术育成，于2022年正式通过审定，2023年提交植物新品种权申请（申请号：20231007758），其技术转让费达1000万元人民币，约为2020至2025年间常规恢复系平均价格的2.3倍，体现了该品系重要的商业价值与产业应用前景。

研究背景与问题提出：随着全球气候变化加剧，水稻生产面临极端天气事件频发和病虫害压力增大的双重挑战。现有恢复系往往难以同时兼顾多种抗逆性、高配合力和优质米质性状，单一或少数性状的改良已不能满足现代杂交水稻育种对"绿色超级稻"的需求。特别是在南方稻区，高温热害、稻瘟病和白叶枯病等生物与非生物胁迫严重影响杂交稻的产量稳定性与品质一致性。因此，培育集多抗性、强优势、优质米于一身的恢复系成为杂交水稻育种的重要方向。

研究人员采用系谱法与分子标记辅助选择（MAS）相结合的策略，以"黄华占"（耐热、广适）与"8L124"（籼粳中间型）的F?杂种为母本，与"RC24"（抗倒伏、抗病）进行回交，从F?至F?连续进行定向选择。F?世代应用功能标记对稻瘟病抗性基因Pita、Pi2及白叶枯病抗性基因Xa21开展分子标记辅助选择，同时筛选株高110–120 cm、穗长≥25 cm的优良单株；F?至F?世代进行表型选择，保留稻瘟病和白叶枯病达到抗病（R）或中抗（MR）级别、且在热胁迫下结实率超过85%的株系；F?世代由武汉双绿源生物科技有限公司进行芯片基因分型，明确了多个已聚合和附加的有益基因；F?至F?世代开展测交鉴定，以产量比对照"晶两优534"增产5%以上为筛选标准。育种过程中在福建省福州、漳州、南平、龙岩、沙县等多地及海南省进行穿梭育种与多环境鉴定，最终稳定品系编号18W33，与雄性不育系"禾9S"测交后定名为"辐恢631"。

研究结果部分，本研究从农艺性状、抗性鉴定、米质分析和配合力表现四个维度系统展示了"辐恢631"的优良特性。

农艺性状与田间表现：作为福建建阳中稻种植，"辐恢631"全生育期130–132天，株高105.5–110.2 cm，穗长29.5 cm，千粒重26.7 g，植株紧凑、抗倒伏、成熟整齐。该品系的株型结构为高产奠定了形态学基础。

稻瘟病抗性鉴定：2023年在福建省农业科学院植物保护研究所三明市洋溪自然病圃按GB/T 15790?2009国家标准进行鉴定，"辐恢631"综合表现为中抗（MR）级别，显著优于对照品种。

白叶枯病抗性鉴定：2020年至2024年在福建省多点多季进行自然田间条件下的抗性观察。鉴定地点包括三明中季（2020年，5月20日播种）、漳州早季（2022年，3月7日播种）和晚季（2023、2024年，7月14日播种）、南平中季（2023、2024年，5月16日播种）。因"辐恢631"为恢复系，未进行官方接种鉴定，但根据典型叶枯病斑发展情况目测评估，其抗性达抗病（R）至中抗（MR）水平。芯片基因分型同时检测到Xa21和Xa26/Xa3基因的存在。

褐飞虱（BPH）抗性鉴定：2024年在武汉禾泰青生物科技有限公司采用标准苗期群体筛选法（SSST）进行鉴定，设三次重复，以感虫对照TN1和抗虫对照洛阳69为参照。"辐恢631"平均危害级别为5.04，抗性等级为中抗（MR）。

耐热性鉴定：由安徽省农业科学院水稻研究所（合肥）实施，包括田间自然高温（7–8月）和温室模拟高温（39–41 °C昼/≥29 °C夜，持续5天，始花期处理）两种条件。2024年田间试验实际日最高温38.1–40.7 °C，日均温32.6–33.9 °C，≥38 °C的高温日数达19天，相对湿度65–85%。按NY/T 2915?2016国家标准，"辐恢631"耐热性评级为5级（中等耐热）。三批错播种期（4月21日、5月1日、5月11日）确保花期与最热时段相遇，相对耐热系数R以胁迫条件下结实率与正常条件下结实率的比值表示。

米质分析：经农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心（杭州）检测（报告编号：2024P0778），"辐恢631"的糙米率81.7%、精米率72.6%、整精米率61.3%（国家一级）、垩白度1.6%（国家二级）、透明度1级（国家一级）、碱消值4.2级（普通）、胶稠度78 mm（国家一级）、直链淀粉含量16.7%（国家一级）、粒长6.8 mm（长粒型）、长宽比3.2。除碱消值外，主要指标均达国家一、二级优质米标准。

基因芯片分析：F?世代芯片检测确认聚合了稻瘟病抗性基因Pi?d²/Pid²、Pita、Pi2、Pi5和LHCB5，白叶枯病抗性基因Xa26/Xa3和Xa21，褐飞虱抗性基因Bph3，耐旱基因OsLG3，氮素利用效率基因NRT1.1B，以及产量和品质相关基因Gn1a/OsCKX2（控制穗粒数）、NOG1、LAX1、GNP1、GW8/OsSPL16和OsSPL13/GLW7（控制粒型和产量）。

配合力与杂交表现："辐恢631"与不同雄性不育系杂交已配组72个组合，其中14个组合在省级试验中比中熟中稻对照"晶两优534"增产，19个组合比中迟熟对照"禾两优676"增产。两个杂交种"野香优631"（闽审稻20243039）和"禾两优631"（闽审稻20250009）已在福建省审定，另有8个组合正在参加国家或省级试验，显示出广泛的适应性和稳定的产量表现。

稳定性分析：研究人员对南平、芜湖、武汉、三亚四个地点25个组合的产量数据进行方差分析（ANOVA）。结果表明地点间产量差异显著（P<0.01），南平平均产量最高（9576 kg/ha），三亚最低（7002 kg/ha），后者归因于三亚较短日照和较低温度。对照"晶两优534"平均产量8435±613 kg/ha，变异系数（CV）14.54%。五个组合同时表现更高平均产量和更低变异系数："禾两优631"（9573±550 kg/ha，CV=11.48%）、"106优631"（9230±642 kg/ha，CV=13.92%）、"明泰优631"（8849±540 kg/ha，CV=12.21%）、"华谷优631"（8513±305 kg/ha，CV=7.17%）和"24FS8/辐恢631"（8606±561 kg/ha，CV=13.03%），充分说明"辐恢631"赋予杂交种广适性和稳产性。

讨论与结论：本研究通过"辐恢631"的育成与实践验证，证明了分子标记辅助聚合育种在复杂农艺性状同步改良中的高效性。该品系指纹式的多基因聚合模式——涵盖生物胁迫抗性（稻瘟病、白叶枯病、褐飞虱）、非生物胁迫耐受性（耐热、耐旱）、养分高效利用（NRT1.1B）以及产量品质（Gn1a/OsCKX2、GW8/OsSPL16等）——为解释其表型优势提供了遗传学基础。与对照"晶两优534"相比，"辐恢631"在抗病性、耐热性和米质性状上的统计学显著优势（p<0.01或p<0.05），以及五个衍生组合在多点试验中同时实现增产与降CV的表现，共同支撑了其作为"气候智慧型"恢复系的育种价值。

研究人员指出，"辐恢631"的成功在于将传统系谱选择的表型鉴定优势与现代分子标记辅助选择的技术精准性有机结合，从F?到F?的阶梯式选择策略有效平衡了目标基因固定与背景基因组恢复。该品系已完成与永富农业科技有限公司的公私合作转化，计划开发五个杂交品种（含两个国审品种），并将在长江中下游等主要稻区推广。综上所述，"辐恢631"是一个经统计验证具有多抗性、高品质和强配合力的恢复系，其正式审定、品种权申请、商业转化及已审杂交种的推广应用，确认了其新颖性与实用性，为培育气候适应型、高产稳产杂交水稻提供了宝贵的遗传资源，对保障粮食安全具有重要意义。